JP2012026735A

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Publication number: JP2012026735A
Application number: JP2010162426A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Iino; 泰弘飯野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09
Also published as: KR101228561B1; US20120020121A1; KR20120009404A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current detection apparatus which is capable of detecting a current flowing to a switching element without being expanded in size and while suppressing a power loss.SOLUTION: A current detection apparatus 10 is applied to an electric circuit having a switching element 42 in which a bead core 21 is mounted for suppressing electric noise. A lead wire 22 is wound around the bead core 21. A signal generator 30 outputs a signal (value) correlated to a current of the switching element 42 in which the bead core 21 is mounted, on the basis of a current flowing to the lead wire 22.

Description

Translated fromJapanese

本発明はビーズコアを用いた電流検出装置に関する。 The present invention relates to a current detection device using a bead core.

近年、ネットワーク機器及びサーバ機器等に使用される「ＣＰＵ及びＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等の半導体デバイス」が急速に高性能化して来ている。即ち、半導体デバイスの「動作電圧の低電圧化、動作電流の大電流化、処理速度の高速化及び小型化」が進んでいる。従って、電源装置は、電圧が低く且つ電流の大きな電力を「半導体デバイス等を用いた負荷装置」に供給する必要がある。更に、電源装置は、半導体デバイスの小型化を無駄にしないためにも小型化される必要がある。 In recent years, “semiconductor devices such as CPUs and field programmable gate arrays (FPGAs)” used for network devices, server devices, and the like have rapidly increased in performance. That is, “reduction in operating voltage, increase in operating current, increase in processing speed, and downsizing” of semiconductor devices are progressing. Therefore, it is necessary for the power supply device to supply power having a low voltage and a large current to the “load device using a semiconductor device”. Furthermore, the power supply apparatus needs to be miniaturized so as not to waste miniaturization of the semiconductor device.

このような要求に応えるための電源装置の一つは、スイッチング周波数が高められたスイッチング電源回路を備える。スイッチング電源回路におけるスイッチングは、一般に、スイッチング素子（電力用半導体素子）を用いた「ハードスイッチング」である。従って、スイッチング周波数が高いと、スイッチング素子から大きな電気ノイズ（不要電波）が発生する。このような電気ノイズを抑制するためにビーズコアが使用される。ビーズコアは、中央部に貫通孔を備えるビーズ状のコア（鉄心）である。ビーズコアは、例えば、「スイッチング素子により制御される電流が流れる導線」がビーズコアの貫通孔を物理的に通過するように、スイッチング素子に装着される。ビーズコアは、スイッチング電源回路に限らず、スイッチング等により発生する電気ノイズを抑制すべき電気回路に対して使用され得る。 One of the power supply devices for meeting such a requirement includes a switching power supply circuit with an increased switching frequency. Switching in a switching power supply circuit is generally “hard switching” using a switching element (power semiconductor element). Therefore, when the switching frequency is high, large electrical noise (unnecessary radio waves) is generated from the switching element. In order to suppress such electrical noise, a bead core is used. The bead core is a bead-shaped core (iron core) having a through hole in the center. The bead core is attached to the switching element so that, for example, “the conducting wire through which the current controlled by the switching element flows” physically passes through the through-hole of the bead core. The bead core can be used not only for a switching power supply circuit but also for an electric circuit that should suppress electrical noise generated by switching or the like.

一方、電源回路等を含む電気回路に流れる電流を検出することは、その電気回路を使用した装置を管理・制御する上で重要である。電気回路が電源回路である場合、電気回路に流れる電流は、その電源回路の負荷を流れる電流（負荷電流）でもある。電気回路に流れる電流は、例えば、電気回路の一部等（電源回路の場合にはその電源回路の出力線上）に直列に挿入された抵抗器の両端電圧（即ち、抵抗器の電圧降下分）を測定することにより検出されている。ところが、上述したような低電圧化・大電流化が進むと、抵抗器における消費電力が電流Ｉの二乗と抵抗値Ｒとの積（Ｉ²・Ｒ）と等しいことから、抵抗器において非常に大きな電力が消費される。その結果、電流を測定するために「比較的大きなエネルギー」が無駄に消費されるという問題がある。On the other hand, detecting the current flowing in an electric circuit including a power supply circuit is important in managing and controlling a device using the electric circuit. When the electric circuit is a power circuit, the current flowing through the electric circuit is also a current (load current) flowing through the load of the power circuit. The current flowing in the electric circuit is, for example, the voltage across the resistor inserted in series in a part of the electric circuit (on the output line of the power circuit in the case of a power circuit) (ie, the voltage drop of the resistor) It is detected by measuring. However, when the voltage and current are increased as described above, the power consumption in the resistor is equal to the product of the square of the current I and the resistance value R (I² · R). A large amount of power is consumed. As a result, there is a problem that “relatively large energy” is wasted in order to measure the current.

上記問題に対処するため、スイッチング素子の端子にトロイダルコイルを装着し、そのスイッチング素子の端子を一次巻線として用い且つトロイダルコイルの巻線を二次巻線として用いることにより、電気回路の電流を検出する技術が知られている（特許文献１を参照。）。この技術によれば、新たに装着したトロイダルコイルが変流器（ＣＴ，Current Transformer）の一部として使用されるので、抵抗器を用いて電流を検出する場合に比較して大きな電力が無駄に消費されることを回避することができる。 In order to cope with the above problem, the current of the electric circuit is reduced by attaching a toroidal coil to the terminal of the switching element, using the terminal of the switching element as the primary winding and using the winding of the toroidal coil as the secondary winding. A technique for detection is known (see Patent Document 1). According to this technology, since a newly installed toroidal coil is used as a part of a current transformer (CT), a large amount of electric power is wasted compared with the case where a current is detected using a resistor. It is possible to avoid being consumed.

特開平７−３２６５３０号公報JP 7-326530 A

しかしながら、「スイッチング素子等の部品の大きさ及び端子間距離等」が小さくなってきているので、変流器専用のトロイダルコイルを電気回路に新たに装着するスペースを確保することは非常に困難である。換言すると、変流器専用のトロイダルコイルを用いて電流検出を行おうとすると、素子の端子間距離を大きくしなければならず、その結果、装置全体が大型化するという問題がある。本発明は、このような問題を解決するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、大きな電力損失及び装置の大型化を招くことなく、電源回路等に用いられるスイッチング素子に流れる電流に相関する信号（値）を検出することにある。なお、本発明は、電源回路のみならず、スイッチング素子に装着されたビーズコアを備える電気回路であれば適用することができる。 However, since the “size of parts such as switching elements and the distance between terminals” is becoming smaller, it is very difficult to secure a space for newly installing a toroidal coil dedicated to a current transformer in an electric circuit. is there. In other words, if current detection is to be performed using a toroidal coil dedicated to a current transformer, the distance between the terminals of the element must be increased, resulting in a problem that the entire apparatus becomes larger. The present invention has been made to solve such problems. That is, one of the objects of the present invention is to detect a signal (value) correlated with a current flowing through a switching element used in a power supply circuit or the like without causing a large power loss and an increase in size of the apparatus. The present invention can be applied not only to a power supply circuit but also to an electric circuit including a bead core attached to a switching element.

本発明の一つの態様に係る電流検出装置は、スイッチング素子に装着されるビーズコア及び前記ビーズコアに巻回された導線を含む巻線部と、前記導線に流れる電流に基いて前記スイッチング素子に流れる電流に相関する値を有する信号を発生する信号発生部と、を備える。 A current detection apparatus according to one aspect of the present invention includes a winding part including a bead core attached to a switching element and a conductive wire wound around the bead core, and a current flowing through the switching element based on a current flowing through the conductive line. A signal generation unit that generates a signal having a value correlated with the signal.

電気ノイズの発生を抑制するために従来から使用されているビーズコアを「変流器のコア（鉄心）」として利用することにより、スイッチング素子に流れる電流に相関する値を有する信号（値）が取得されるので、変流器専用の新たな部品を搭載する必要がない。この結果、装置を大型化することなく、且つ、大きな電力損失を招くことなく、スイッチング素子に流れる電流に相関する値を取得することができる。同時に、ビーズコアにより、電気ノイズの発生を効果的に抑制することができる。 A signal (value) having a value that correlates with the current flowing through the switching element is obtained by using a bead core that has been used in the past as a “current transformer core (iron core)” to suppress the generation of electrical noise. Therefore, there is no need to install new parts dedicated to current transformers. As a result, a value correlated with the current flowing through the switching element can be obtained without increasing the size of the device and without causing a large power loss. At the same time, the generation of electrical noise can be effectively suppressed by the bead core.

本発明の実施形態に係る電流検出装置の、巻線部の概略図、及び、その巻線部に接続された信号発生部の回路図である。It is the schematic of the coil | winding part of the electric current detection apparatus which concerns on embodiment of this invention, and the circuit diagram of the signal generation part connected to the coil | winding part.図１に示した巻線部の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the coil | winding part shown in FIG.図１に示した電流検出装置が適用される電気回路の一例の回路図である。It is a circuit diagram of an example of the electric circuit to which the current detection apparatus shown in FIG. 1 is applied.図３に示した電流検出装置の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the current detection device shown in FIG. 3.図３に示した電気回路の電気的作動を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the electrical operation | movement of the electric circuit shown in FIG.図１に示した電流検出装置が適用されたサーバの概略図である。It is the schematic of the server to which the current detection apparatus shown in FIG. 1 was applied.図６に示したサーバに搭載されるプリントボードの概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a print board mounted on the server shown in FIG. 6.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、様々な形態を取り得る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment, and can take various forms without departing from the scope of the present invention.

図１に示したように、本発明の実施形態に係る電流検出装置１０は、巻線部２０と、信号発生部３０と、を含む。 As shown in FIG. 1, thecurrent detection device 10 according to the embodiment of the present invention includes awinding part 20 and asignal generation part 30.

図１及び図２に示したように、巻線部２０は、ビーズコア２１と、導線２２と、を含む。ビーズコア２１は磁性体（例えば、フェライト磁性体）である。ビーズコア２１は、スイッチング電源等の電気回路から発生する電気ノイズを抑制するために用いられる。ビーズコア２１は円筒形状を有する。ビーズコア２１は、その中心軸線に沿って貫通する貫通孔２１ａを有する。即ち、ビーズコア２１はリング形状を有する。貫通孔２１ａには、後述する低側スイッチング素子４２のソース端子４０ａが貫通させられる（例えば、特許第３４５８６２１号、特公平５−６８８１８号公報及び特開２００１−３１３２１５号公報等を参照。）。なお、ビーズコア２１は、その内部をスイッチング素子の電流経路が通過し得る構成を有していればよく、従って、ビーズコア２１の形状はリング形状に限定されない。 As shown in FIGS. 1 and 2, thewinding portion 20 includes abead core 21 and aconductive wire 22. Thebead core 21 is a magnetic body (for example, a ferrite magnetic body). Thebead core 21 is used to suppress electrical noise generated from an electrical circuit such as a switching power supply. Thebead core 21 has a cylindrical shape. Thebead core 21 has a through-hole 21a penetrating along its central axis. That is, thebead core 21 has a ring shape. Asource terminal 40a of a low-side switching element 42 to be described later is passed through the throughhole 21a (see, for example, Japanese Patent No. 3458621, Japanese Patent Publication No. 5-68818, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313215). Thebead core 21 only needs to have a configuration through which the current path of the switching element can pass, and therefore the shape of thebead core 21 is not limited to the ring shape.

導線２２は、トロイダルコイルを構成するようにビーズコア２１に巻回されている。即ち、導線２２は、ビーズコア２１の外側側面を中心軸線に沿い、次いで、ビーズコア２１の貫通孔２１ａの壁面を中心軸線に沿うように、ビーズコア２１に複数回巻回されている。 The conductingwire 22 is wound around thebead core 21 so as to constitute a toroidal coil. That is, the conductingwire 22 is wound around thebead core 21 a plurality of times so that the outer side surface of thebead core 21 is along the central axis, and then the wall surface of the throughhole 21a of thebead core 21 is along the central axis.

信号発生部３０は、図１に示したように、抵抗器３１、キャパシタ３２及びダイオード３３を含む周知の平滑回路である。端子Ｐ１は導線２２の一端と接続され、端子Ｐ２は導線２２の他端と接続されている。即ち、端子Ｐ１及び端子Ｐ２は、導線２２の両端とそれぞれ接続されている。抵抗器３１は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間に直列に接続されている。キャパシタ３２は、端子Ｐ１及び端子Ｐ２に対して抵抗器３１と並列となるように接続され、一端は、端子Ｐ１と抵抗器３１の一端との間に、他端は、端子Ｐ２と抵抗器３１の他端との間にそれぞれ接続されている。ダイオード３３は、端子Ｐ２とキャパシタ３２の他端との間に挿入され、アノードが端子Ｐ２にカソードがキャパシタ３２の他端にそれぞれ接続されている。 As shown in FIG. 1, thesignal generator 30 is a known smoothing circuit including aresistor 31, acapacitor 32, and adiode 33. The terminal P1 is connected to one end of the conductingwire 22, and the terminal P2 is connected to the other end of the conductingwire 22. That is, the terminal P1 and the terminal P2 are connected to both ends of the conductingwire 22, respectively. Theresistor 31 is connected in series between the terminal P1 and the terminal P2. Thecapacitor 32 is connected to the terminal P1 and the terminal P2 so as to be in parallel with theresistor 31, one end between the terminal P1 and one end of theresistor 31, and the other end between the terminal P2 and theresistor 31. Are connected to the other end of each. Thediode 33 is inserted between the terminal P 2 and the other end of thecapacitor 32, and the anode is connected to the terminal P 2 and the cathode is connected to the other end of thecapacitor 32.

この結果、導線２２に流れる電流に応じた電圧信号（導線２２に流れる電流を整流した信号）Ｖoutが抵抗器３１の両端に現れる。信号発生部３０は、この抵抗器３１の両端電圧Ｖoutを電圧信号として出力する。 As a result, a voltage signal (a signal obtained by rectifying the current flowing through the conductive wire 22) Vout corresponding to the current flowing through theconductive wire 22 appears at both ends of theresistor 31. Thesignal generator 30 outputs the voltage Vout across theresistor 31 as a voltage signal.

電流検出装置１０は、図３に示したように、電気回路４０に適用される。電気回路４０は、高側スイッチング素子（電力用半導体）４１、低側スイッチング素子（電力用半導体）４２、インダクタ４３及びキャパシタ４４を含む。スイッチング素子４１，４２は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴである。電気回路４０は、周知の「非絶縁型ステップダウンコンバータ（降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ）」であり、直流電源ＶＢの電圧Ｖ１を降圧して電圧Ｖ２に変換し、その電圧Ｖ２を負荷装置５０（例えば、ＣＰＵ等を含む負荷装置）に印加する。このとき、負荷装置５０に負荷電流Ｉ２が流れる。 Thecurrent detection device 10 is applied to anelectric circuit 40 as shown in FIG. Theelectric circuit 40 includes a high-side switching element (power semiconductor) 41, a low-side switching element (power semiconductor) 42, aninductor 43, and acapacitor 44. The switchingelements 41 and 42 are, for example, MOS-FETs. Theelectric circuit 40 is a well-known “non-insulated step-down converter (step-down DC-DC converter)”, which steps down the voltage V1 of the DC power supply VB and converts it to the voltage V2, and converts the voltage V2 into the load device 50 ( For example, it is applied to a load device including a CPU or the like. At this time, a load current I2 flows through theload device 50.

電気回路４０について簡単に説明すると、直流電圧Ｖ１を発生する直流電源ＶＢに対して、高側スイッチング素子４１、インダクタ４３及びキャパシタ４４が直列に接続されている。高側スイッチング素子４１のドレイン端子は直流電源ＶＢの正極に接続され、高側スイッチング素子４１のソース端子はインダクタ４３の一端に接続されている。インダクタ４３の他端はキャパシタ４４の一端に接続され、キャパシタ４４の他端は直流電源ＶＢの負極に接続されている。キャパシタ４４の両端は負荷装置５０に接続されている。キャパシタ４４の両端電圧Ｖ２が電気回路４０の出力電圧である。低側スイッチング素子４２は、直流電源ＶＢに対して、インダクタ４３及びキャパシタ４４を含む回路に並列に挿入され、ドレイン端子は高側スイッチング素子４１のソース端子とインダクタ４３との間に、ソース端子は直流電源ＶＢの負極にそれぞれ接続されている。 Theelectric circuit 40 will be briefly described. A high-side switching element 41, aninductor 43, and acapacitor 44 are connected in series to a DC power source VB that generates a DC voltage V1. The drain terminal of the highside switching element 41 is connected to the positive electrode of the DC power supply VB, and the source terminal of the highside switching element 41 is connected to one end of theinductor 43. The other end of theinductor 43 is connected to one end of thecapacitor 44, and the other end of thecapacitor 44 is connected to the negative electrode of the DC power supply VB. Both ends of thecapacitor 44 are connected to theload device 50. The voltage V2 across thecapacitor 44 is the output voltage of theelectric circuit 40. The low-side switching element 42 is inserted in parallel with the circuit including theinductor 43 and thecapacitor 44 with respect to the DC power supply VB, the drain terminal is between the source terminal of the high-side switching element 41 and theinductor 43, and the source terminal is Each is connected to the negative electrode of the DC power supply VB.

電流検出装置１０の巻線部２０は、低側スイッチング素子４２のソース端子４０ａに装着されている。より具体的には、巻線部２０は、低側スイッチング素子４２のソース端子４０ａがビーズコア２１の貫通孔２１ａを通過するように低側スイッチング素子４２に装着される（図１及び図２を参照。）。これにより、図４の等価回路図に示したように、低側スイッチング素子４２のソース端子は「巻線数Ｎ１の一次巻線」として機能し、導線２２は「巻線数Ｎ２の二次巻線」として機能する。即ち、巻線部２０は、ビーズコア２１をコア（鉄心）として有する変流器として機能する。本例において、巻線数Ｎ１に対する巻線数Ｎ２の比（＝Ｎ２／Ｎ１）は５〜１０程度であるが、これに限定されるものではない。 The windingpart 20 of thecurrent detection device 10 is attached to the source terminal 40 a of the low-side switching element 42. More specifically, the windingpart 20 is attached to the low-side switching element 42 so that the source terminal 40a of the low-side switching element 42 passes through the throughhole 21a of the bead core 21 (see FIGS. 1 and 2). .) As a result, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 4, the source terminal of the low-side switching element 42 functions as a “primary winding of the number N1 of windings”, and theconductor 22 Acts as a "line". That is, the windingpart 20 functions as a current transformer having thebead core 21 as a core (iron core). In this example, the ratio of the number of windings N2 to the number of windings N1 (= N2 / N1) is about 5 to 10, but is not limited to this.

図５は電気回路４０の作動を示すタイムチャートである。電気回路４０においては、時刻ｔ１にて高側スイッチング素子４１がオン状態に変更させられるとともに低側スイッチング素子４２がオフ状態に変更させられる。更に、時刻ｔ１から所定のオン時間ｔonが経過した時刻ｔ２にて、高側スイッチング素子４１はオフ状態に変更させられるとともに低側スイッチング素子４２はオン状態に変更させられる。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、高側スイッチング素子４１を流れるソース電流ＩＱ１は時刻ｔ１にてステップ状に増大した後に徐々に増大し、低側スイッチング素子４２を流れるソース電流ＩＱ２はゼロである。この結果、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、インダクタ４３を流れる電流（インダクタ電流）ＩＬは増大する。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間までのインダクタ電流ＩＬの増大分ｉｕはｔon・（Ｖ１−Ｖ２）／Ｌである。 FIG. 5 is a time chart showing the operation of theelectric circuit 40. In theelectric circuit 40, the high-side switching element 41 is changed to the on state and the low-side switching element 42 is changed to the off state at time t1. Further, at time t2 when a predetermined on-time ton has elapsed from time t1, the high-side switching element 41 is changed to the off state and the low-side switching element 42 is changed to the on state. From time t1 to time t2, the source current IQ1 flowing through the high-side switching element 41 increases stepwise at time t1 and then gradually increases, and the source current IQ2 flowing through the low-side switching element 42 is zero. As a result, the current (inductor current) IL flowing through theinductor 43 increases from time t1 to time t2. The increase iu of the inductor current IL from time t1 to time t2 is ton · (V1−V2) / L.

更に、時刻ｔ２から所定のオフ時間ｔoffが経過した時刻ｔ３にて、高側スイッチング素子４１は再びオン状態に変更させられるとともに低側スイッチング素子４２はオフ状態に変更させられる。時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、高側スイッチング素子４１を流れるソース電流ＩＱ１はゼロであり、低側スイッチング素子４２を流れるソース電流ＩＱ２は時刻ｔ２にてステップ状に増大した後に次第に減少する。この結果、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、インダクタ電流ＩＬは減少する。時刻ｔ２から時刻ｔ３の間までのインダクタ電流ＩＬの減少分ｉｄはｔoff・Ｖ２／Ｌである。 Further, at time t3 when a predetermined off time toff has elapsed from time t2, the high-side switching element 41 is changed to the on state again and the low-side switching element 42 is changed to the off state. From time t2 to time t3, the source current IQ1 flowing through the high-side switching element 41 is zero, and the source current IQ2 flowing through the low-side switching element 42 increases stepwise at time t2 and then gradually decreases. As a result, the inductor current IL decreases from time t2 to time t3. The decrease id of the inductor current IL from time t2 to time t3 is toff · V2 / L.

定常状態において、増大分ｉｕと減少分ｉｄとは等しい。これにより、電気回路４０の出力電圧Ｖ２は次の（１）式のように定まる。Ｔはオン時間ｔonとオフ時間ｔoffとの和であり、制御周期である。（１）式から、出力電圧Ｖ２は、デューティＤ（＝ｔon／Ｔ）に応じて変化することが理解される。電気回路４０は図示しない制御部を有している。制御部は出力電圧Ｖ２が一定となるようにデューティＤを決定し、スイッチング素子４１，４２のゲート端子に制御信号を送出する。
Ｖ２＝Ｖ１・（ｔon／（ｔon＋ｔoff））＝Ｖ１・ｔon／Ｔ …（１）In the steady state, the increase iu and the decrease id are equal. As a result, the output voltage V2 of theelectric circuit 40 is determined as the following equation (1). T is the sum of the on time ton and the off time toff, and is a control cycle. From the equation (1), it is understood that the output voltage V2 changes according to the duty D (= ton / T). Theelectric circuit 40 has a control unit (not shown). The control unit determines the duty D so that the output voltage V2 is constant, and sends a control signal to the gate terminals of the switchingelements 41 and 42.
V2 = V1 · (ton / (ton + toff)) = V1 · ton / T (1)

更に、電気回路４０の出力電流Ｉ２（即ち、負荷装置５０を流れる負荷電流Ｉ２）はインダクタ電流ＩＬの平均値である。よって、出力電流Ｉ２は低側スイッチング素子４２を流れるソース電流ＩＱ２（＝ドレイン電流）の平均値ＩＱ２avに実質的に比例する（強い相関を有する）。 Furthermore, the output current I2 of the electric circuit 40 (that is, the load current I2 flowing through the load device 50) is an average value of the inductor current IL. Therefore, the output current I2 is substantially proportional to the average value IQ2av of the source current IQ2 (= drain current) flowing through the low-side switching element 42 (having a strong correlation).

変流器を構成する巻線部２０の導線２２には、ソース電流ＩＱ２に比例した電流が流れる。その電流は信号発生部３０によって整流（平均化）され、電圧信号Ｖoutとなって抵抗器３１の両端に現れる。従って、電圧信号Ｖoutの大きさを例えば電圧計及びＡＤ変換等により取得することにより、低側スイッチング素子４２に流れる電流に相関する値を取得することができる。この取得される値は、電気回路４０に流れる電流（この場合、電気回路４０の一部に流れる電流であるインダクタ電流ＩＬであり、且つ、負荷電流Ｉ２）に強い相関を有する。なお、「電流に相関する値」とは、その電流の電流値そのもの及び電流を電圧に変換した値等、検出すべき電流に応じて変化する値（例えば、検出すべき電流に略比例する値）であって検出すべき電流の大きさを一意に特定し得る値である。 A current proportional to the source current IQ2 flows through theconductive wire 22 of the windingpart 20 constituting the current transformer. The current is rectified (averaged) by thesignal generator 30 and appears as a voltage signal Vout across theresistor 31. Therefore, by acquiring the magnitude of the voltage signal Vout by, for example, a voltmeter and AD conversion, a value correlated with the current flowing through the low-side switching element 42 can be acquired. This acquired value has a strong correlation with the current flowing through the electric circuit 40 (in this case, the inductor current IL that is a current flowing through a part of theelectric circuit 40 and the load current I2). The “value correlated with the current” means a value that changes according to the current to be detected, such as the current value of the current itself and a value obtained by converting the current into a voltage (for example, a value that is approximately proportional to the current to be detected ) And a value that can uniquely specify the magnitude of the current to be detected.

図６及び図７に示したように、電流検出装置１０は、例えば、複数のプリントボード１０１を搭載したサーバ１００に適用することができる。プリントボード１０１のそれぞれは、複数の負荷装置５０Ａと、その複数の負荷装置５０Ａのそれぞれに電力を供給する電源装置４０Ａと、を含む。電源装置４０Ａは、前述した電気回路（電源回路）４０と電流検出装置１０とを含む。このように構成されたサーバ１００において、電流検出装置１０により電源装置４０Ａの負荷電流が実質的に無損失にて検出される。そして、検出された負荷電流は、サーバ１００の管理及び／又は制御に利用される。 As illustrated in FIGS. 6 and 7, thecurrent detection device 10 can be applied to, for example, theserver 100 on which a plurality ofprint boards 101 are mounted. Each of theprint boards 101 includes a plurality ofload devices 50A and apower supply device 40A that supplies power to each of the plurality ofload devices 50A. Thepower supply device 40A includes the electric circuit (power supply circuit) 40 and thecurrent detection device 10 described above. In theserver 100 configured as described above, thecurrent detection device 10 detects the load current of thepower supply device 40A substantially without loss. The detected load current is used for management and / or control of theserver 100.

以上、説明したように、電流検出装置１０は、電気ノイズを抑制するためにスイッチング素子（本例において、低側スイッチング素子４２）に元々装着されているビーズコア２１を「変流器の巻線部２０の一部（コア）」として利用する。従って、変流器専用の新たな部品を電気回路４０に別途装着する必要がないので、電気回路４０を含む装置全体の大型化を招かない。しかも、電流検出用の抵抗器に比べて、電力を無駄に消費することなく、スイッチング素子に流れる電流に相関する値を有する信号Ｖout（従って、電気回路４０に流れる電流に相関する値を有する信号）を取得することができる。 As described above, thecurrent detection device 10 includes thebead core 21 originally attached to the switching element (in this example, the low-side switching element 42) in order to suppress electrical noise. 20 part (core) ". Therefore, it is not necessary to separately attach a new component dedicated to the current transformer to theelectric circuit 40, so that the entire apparatus including theelectric circuit 40 is not enlarged. In addition, the signal Vout having a value correlated with the current flowing through the switching element (thus, the signal having a value correlated with the current flowing through the electric circuit 40) without wastefully consuming electric power as compared with the current detection resistor. ) Can be obtained.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ビーズコア２１が高側スイッチング素子４１のソース端子に装着されている場合には、そのビーズコア２１に導線２２を巻回し、その導線に流れる電流に基いて「高側スイッチング素子４１に流れる電流に相関する値を有する信号」を取り出してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, when thebead core 21 is attached to the source terminal of the high-side switching element 41, theconducting wire 22 is wound around thebead core 21, and the “current flowing through the high-side switching element 41 is changed based on the current flowing through the conducting wire. A signal having a correlated value may be extracted.

また、電流検出装置１０は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータに適用することもでき、電源回路以外の電気回路であっても、ビーズコア２１が装着されているスイッチング素子を含む回路であれば、適用することができる。加えて、信号発生部３０は、他の形式の整流・平滑回路であってもよい。更に、信号発生部３０は例えば抵抗器のみを備え、その抵抗器の両端の電圧信号を出力するように構成されてもよい。この場合、その抵抗器の両端電圧をＡＤ変換することにより複数の電圧値（電圧信号の大きさ）を取得し、取得した複数の電圧値をソフトウェアにより平均化することによって「スイッチング素子（従って、電気回路４０）に流れる電流に相関する値」を取得してもよい。 Thecurrent detection device 10 can also be applied to a step-up DC-DC converter, and is applicable to any circuit other than the power supply circuit as long as the circuit includes a switching element on which thebead core 21 is mounted. be able to. In addition, thesignal generator 30 may be another type of rectification / smoothing circuit. Further, thesignal generation unit 30 may be configured to include only a resistor, for example, and output a voltage signal at both ends of the resistor. In this case, a plurality of voltage values (voltage signal magnitudes) are obtained by A / D conversion of the voltage across the resistor, and the obtained plurality of voltage values are averaged by software to obtain a “switching element (accordingly, A value correlating with the current flowing through the electric circuit 40) may be acquired.

更に、上記開示の電流検出装置１０は、「ビーズコア２１が装着されたスイッチング素子」に流れる電流に相関する値を検出する電流検出方法を実現する装置でもある。この電流検出方法は、スイッチング素子に装着されたビーズコア２１を変流器のコアとして利用するとともに、ビーズコア２１に巻回された導線２２を変流器の二次巻線として利用し、その二次巻線に流れる電流に基いて「スイッチング素子に流れる電流」に相関する値を検出する方法である。換言すると、この電流検出方法は、ビーズコア２１が装着されているスイッチング素子の導体部（端子）を変流器の一次巻線として利用することにより「スイッチング素子に流れる電流」を検出する方法である。 Further, thecurrent detection device 10 disclosed above is also a device that realizes a current detection method for detecting a value correlated with a current flowing through the “switching element having thebead core 21 attached”. In this current detection method, thebead core 21 mounted on the switching element is used as the core of the current transformer, and theconductor 22 wound around thebead core 21 is used as the secondary winding of the current transformer. This is a method for detecting a value correlated with “current flowing through the switching element” based on the current flowing through the winding. In other words, this current detection method is a method of detecting “current flowing through the switching element” by using the conductor (terminal) of the switching element on which thebead core 21 is mounted as the primary winding of the current transformer. .

１０…電流検出装置、２０…巻線部、２１…ビーズコア、２１ａ…貫通孔、２２…導線、３０…信号発生部、３１…抵抗器、３２…キャパシタ、４０…電気回路、４０ａ…ソース端子、４１…高側スイッチング素子、４２…低側スイッチング素子、４３…インダクタ、４４…キャパシタ、５０…負荷装置。 DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 ... Current detection apparatus, 20 ... Winding part, 21 ... Bead core, 21a ... Through-hole, 22 ... Conductor, 30 ... Signal generation part, 31 ... Resistor, 32 ... Capacitor, 40 ... Electric circuit, 40a ... Source terminal, 41 ... High-side switching element, 42 ... Low-side switching element, 43 ... Inductor, 44 ... Capacitor, 50 ... Load device.

Claims

Translated fromJapanese

スイッチング素子に装着されるビーズコア及び前記ビーズコアに巻回された導線を含む巻線部と、
前記導線に流れる電流に基いて前記スイッチング素子に流れる電流に相関する値を有する信号を発生する信号発生部と、
を備えた電流検出装置。A winding part including a bead core attached to the switching element and a conductive wire wound around the bead core;
A signal generator for generating a signal having a value correlated with a current flowing through the switching element based on a current flowing through the conducting wire;
A current detecting device.